Branch and cache miss speedups
[fio.git] / io_u.c
diff --git a/io_u.c b/io_u.c
index 645a6804314ae2c7b40cc3689fed0d21fd5678d8..77557dfdca12748f1db2249c05efc93a21b09f4b 100644 (file)
--- a/io_u.c
+++ b/io_u.c
@@ -11,6 +11,7 @@
 #include "trim.h"
 #include "lib/rand.h"
 #include "lib/axmap.h"
+#include "err.h"
 
 struct io_completion_data {
        int nr;                         /* input */
@@ -191,23 +192,23 @@ static inline int should_sort_io(struct thread_data *td)
        return 1;
 }
 
-static int should_do_random(struct thread_data *td)
+static int should_do_random(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
 {
        unsigned int v;
        unsigned long r;
 
-       if (td->o.perc_rand == 100)
+       if (td->o.perc_rand[ddir] == 100)
                return 1;
 
        if (td->o.use_os_rand) {
-               r = os_random_long(&td->seq_rand_state);
+               r = os_random_long(&td->seq_rand_state[ddir]);
                v = 1 + (int) (100.0 * (r / (OS_RAND_MAX + 1.0)));
        } else {
-               r = __rand(&td->__seq_rand_state);
+               r = __rand(&td->__seq_rand_state[ddir]);
                v = 1 + (int) (100.0 * (r / (FRAND_MAX + 1.0)));
        }
 
-       return v <= td->o.perc_rand;
+       return v <= td->o.perc_rand[ddir];
 }
 
 static int get_next_rand_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
@@ -293,7 +294,8 @@ static int get_next_seq_offset(struct thread_data *td, struct fio_file *f,
 }
 
 static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
-                         enum fio_ddir ddir, int rw_seq)
+                         enum fio_ddir ddir, int rw_seq,
+                         unsigned int *is_random)
 {
        struct fio_file *f = io_u->file;
        uint64_t b, offset;
@@ -305,23 +307,30 @@ static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
 
        if (rw_seq) {
                if (td_random(td)) {
-                       if (should_do_random(td))
+                       if (should_do_random(td, ddir)) {
                                ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
-                       else {
+                               *is_random = 1;
+                       } else {
+                               *is_random = 0;
                                io_u->flags |= IO_U_F_BUSY_OK;
                                ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
                                if (ret)
                                        ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
                        }
-               } else
+               } else {
+                       *is_random = 0;
                        ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
+               }
        } else {
                io_u->flags |= IO_U_F_BUSY_OK;
+               *is_random = 0;
 
                if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_SEQ) {
                        ret = get_next_seq_offset(td, f, ddir, &offset);
-                       if (ret)
+                       if (ret) {
                                ret = get_next_rand_block(td, f, ddir, &b);
+                               *is_random = 0;
+                       }
                } else if (td->o.rw_seq == RW_SEQ_IDENT) {
                        if (f->last_start != -1ULL)
                                offset = f->last_start - f->file_offset;
@@ -353,7 +362,8 @@ static int get_next_block(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
  * until we find a free one. For sequential io, just return the end of
  * the last io issued.
  */
-static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
+static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
+                            unsigned int *is_random)
 {
        struct fio_file *f = io_u->file;
        enum fio_ddir ddir = io_u->ddir;
@@ -366,7 +376,7 @@ static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
                td->ddir_seq_nr = td->o.ddir_seq_nr;
        }
 
-       if (get_next_block(td, io_u, ddir, rw_seq_hit))
+       if (get_next_block(td, io_u, ddir, rw_seq_hit, is_random))
                return 1;
 
        if (io_u->offset >= f->io_size) {
@@ -387,16 +397,17 @@ static int __get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
        return 0;
 }
 
-static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
+static int get_next_offset(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
+                          unsigned int *is_random)
 {
        if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
                struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 
                if (ops->fill_io_u_off)
-                       return ops->fill_io_u_off(td, io_u);
+                       return ops->fill_io_u_off(td, io_u, is_random);
        }
 
-       return __get_next_offset(td, io_u);
+       return __get_next_offset(td, io_u, is_random);
 }
 
 static inline int io_u_fits(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
@@ -407,14 +418,20 @@ static inline int io_u_fits(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
        return io_u->offset + buflen <= f->io_size + get_start_offset(td);
 }
 
-static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
+static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
+                                     unsigned int is_random)
 {
-       const int ddir = io_u->ddir;
+       int ddir = io_u->ddir;
        unsigned int buflen = 0;
        unsigned int minbs, maxbs;
        unsigned long r, rand_max;
 
-       assert(ddir_rw(ddir));
+       assert(ddir_rw(io_u->ddir));
+
+       if (td->o.bs_is_seq_rand)
+               ddir = is_random ? DDIR_WRITE: DDIR_READ;
+       else
+               ddir = io_u->ddir;
 
        minbs = td->o.min_bs[ddir];
        maxbs = td->o.max_bs[ddir];
@@ -459,6 +476,10 @@ static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
                        }
                }
 
+               if (td->o.do_verify && td->o.verify != VERIFY_NONE)
+                       buflen = (buflen + td->o.verify_interval - 1) &
+                               ~(td->o.verify_interval - 1);
+
                if (!td->o.bs_unaligned && is_power_of_2(minbs))
                        buflen = (buflen + minbs - 1) & ~(minbs - 1);
 
@@ -467,16 +488,17 @@ static unsigned int __get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
        return buflen;
 }
 
-static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
+static unsigned int get_next_buflen(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
+                                   unsigned int is_random)
 {
        if (td->flags & TD_F_PROFILE_OPS) {
                struct prof_io_ops *ops = &td->prof_io_ops;
 
                if (ops->fill_io_u_size)
-                       return ops->fill_io_u_size(td, io_u);
+                       return ops->fill_io_u_size(td, io_u, is_random);
        }
 
-       return __get_next_buflen(td, io_u);
+       return __get_next_buflen(td, io_u, is_random);
 }
 
 static void set_rwmix_bytes(struct thread_data *td)
@@ -676,8 +698,7 @@ void put_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 
        if (io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH)
                td->cur_depth--;
-       flist_del_init(&io_u->list);
-       flist_add(&io_u->list, &td->io_u_freelist);
+       io_u_qpush(&td->io_u_freelist, io_u);
        td_io_u_unlock(td);
        td_io_u_free_notify(td);
 }
@@ -704,14 +725,16 @@ void requeue_io_u(struct thread_data *td, struct io_u **io_u)
        __io_u->flags &= ~IO_U_F_FLIGHT;
        if (__io_u->flags & IO_U_F_IN_CUR_DEPTH)
                td->cur_depth--;
-       flist_del(&__io_u->list);
-       flist_add_tail(&__io_u->list, &td->io_u_requeues);
+
+       io_u_rpush(&td->io_u_requeues, __io_u);
        td_io_u_unlock(td);
        *io_u = NULL;
 }
 
 static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
+       unsigned int is_random;
+
        if (td->io_ops->flags & FIO_NOIO)
                goto out;
 
@@ -737,12 +760,12 @@ static int fill_io_u(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
         * No log, let the seq/rand engine retrieve the next buflen and
         * position.
         */
-       if (get_next_offset(td, io_u)) {
+       if (get_next_offset(td, io_u, &is_random)) {
                dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting offset\n", io_u);
                return 1;
        }
 
-       io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u);
+       io_u->buflen = get_next_buflen(td, io_u, is_random);
        if (!io_u->buflen) {
                dprint(FD_IO, "io_u %p, failed getting buflen\n", io_u);
                return 1;
@@ -963,6 +986,9 @@ static struct fio_file *get_next_file_rand(struct thread_data *td,
                if (!fio_file_open(f)) {
                        int err;
 
+                       if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
+                               return ERR_PTR(-EBUSY);
+
                        err = td_io_open_file(td, f);
                        if (err)
                                continue;
@@ -1005,6 +1031,9 @@ static struct fio_file *get_next_file_rr(struct thread_data *td, int goodf,
                if (!fio_file_open(f)) {
                        int err;
 
+                       if (td->nr_open_files >= td->o.open_files)
+                               return ERR_PTR(-EBUSY);
+
                        err = td_io_open_file(td, f);
                        if (err) {
                                dprint(FD_FILE, "error %d on open of %s\n",
@@ -1058,10 +1087,16 @@ static struct fio_file *__get_next_file(struct thread_data *td)
        else
                f = get_next_file_rand(td, FIO_FILE_open, FIO_FILE_closing);
 
+       if (IS_ERR(f))
+               return f;
+
        td->file_service_file = f;
        td->file_service_left = td->file_service_nr - 1;
 out:
-       dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
+       if (f)
+               dprint(FD_FILE, "get_next_file: %p [%s]\n", f, f->file_name);
+       else
+               dprint(FD_FILE, "get_next_file: NULL\n");
        return f;
 }
 
@@ -1077,14 +1112,14 @@ static struct fio_file *get_next_file(struct thread_data *td)
        return __get_next_file(td);
 }
 
-static int set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
+static long set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 {
        struct fio_file *f;
 
        do {
                f = get_next_file(td);
-               if (!f)
-                       return 1;
+               if (IS_ERR_OR_NULL(f))
+                       return PTR_ERR(f);
 
                io_u->file = f;
                get_file(f);
@@ -1104,22 +1139,177 @@ static int set_io_u_file(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
        return 0;
 }
 
+static void lat_fatal(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
+                     unsigned long tusec, unsigned long max_usec)
+{
+       if (!td->error)
+               log_err("fio: latency of %lu usec exceeds specified max (%lu usec)\n", tusec, max_usec);
+       td_verror(td, ETIMEDOUT, "max latency exceeded");
+       icd->error = ETIMEDOUT;
+}
+
+static void lat_new_cycle(struct thread_data *td)
+{
+       fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
+       td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
+       td->latency_failed = 0;
+}
+
+/*
+ * We had an IO outside the latency target. Reduce the queue depth. If we
+ * are at QD=1, then it's time to give up.
+ */
+static int __lat_target_failed(struct thread_data *td)
+{
+       if (td->latency_qd == 1)
+               return 1;
+
+       td->latency_qd_high = td->latency_qd;
+
+       if (td->latency_qd == td->latency_qd_low)
+               td->latency_qd_low--;
+
+       td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_low) / 2;
+
+       dprint(FD_RATE, "Ramped down: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
+
+       /*
+        * When we ramp QD down, quiesce existing IO to prevent
+        * a storm of ramp downs due to pending higher depth.
+        */
+       io_u_quiesce(td);
+       lat_new_cycle(td);
+       return 0;
+}
+
+static int lat_target_failed(struct thread_data *td)
+{
+       if (td->o.latency_percentile.u.f == 100.0)
+               return __lat_target_failed(td);
+
+       td->latency_failed++;
+       return 0;
+}
+
+void lat_target_init(struct thread_data *td)
+{
+       td->latency_end_run = 0;
+
+       if (td->o.latency_target) {
+               dprint(FD_RATE, "Latency target=%llu\n", td->o.latency_target);
+               fio_gettime(&td->latency_ts, NULL);
+               td->latency_qd = 1;
+               td->latency_qd_high = td->o.iodepth;
+               td->latency_qd_low = 1;
+               td->latency_ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks);
+       } else
+               td->latency_qd = td->o.iodepth;
+}
+
+void lat_target_reset(struct thread_data *td)
+{
+       if (!td->latency_end_run)
+               lat_target_init(td);
+}
+
+static void lat_target_success(struct thread_data *td)
+{
+       const unsigned int qd = td->latency_qd;
+       struct thread_options *o = &td->o;
+
+       td->latency_qd_low = td->latency_qd;
+
+       /*
+        * If we haven't failed yet, we double up to a failing value instead
+        * of bisecting from highest possible queue depth. If we have set
+        * a limit other than td->o.iodepth, bisect between that.
+        */
+       if (td->latency_qd_high != o->iodepth)
+               td->latency_qd = (td->latency_qd + td->latency_qd_high) / 2;
+       else
+               td->latency_qd *= 2;
+
+       if (td->latency_qd > o->iodepth)
+               td->latency_qd = o->iodepth;
+
+       dprint(FD_RATE, "Ramped up: %d %d %d\n", td->latency_qd_low, td->latency_qd, td->latency_qd_high);
+
+       /*
+        * Same as last one, we are done. Let it run a latency cycle, so
+        * we get only the results from the targeted depth.
+        */
+       if (td->latency_qd == qd) {
+               if (td->latency_end_run) {
+                       dprint(FD_RATE, "We are done\n");
+                       td->done = 1;
+               } else {
+                       dprint(FD_RATE, "Quiesce and final run\n");
+                       io_u_quiesce(td);
+                       td->latency_end_run = 1;
+                       reset_all_stats(td);
+                       reset_io_stats(td);
+               }
+       }
+
+       lat_new_cycle(td);
+}
+
+/*
+ * Check if we can bump the queue depth
+ */
+void lat_target_check(struct thread_data *td)
+{
+       uint64_t usec_window;
+       uint64_t ios;
+       double success_ios;
+
+       usec_window = utime_since_now(&td->latency_ts);
+       if (usec_window < td->o.latency_window)
+               return;
+
+       ios = ddir_rw_sum(td->io_blocks) - td->latency_ios;
+       success_ios = (double) (ios - td->latency_failed) / (double) ios;
+       success_ios *= 100.0;
+
+       dprint(FD_RATE, "Success rate: %.2f%% (target %.2f%%)\n", success_ios, td->o.latency_percentile.u.f);
+
+       if (success_ios >= td->o.latency_percentile.u.f)
+               lat_target_success(td);
+       else
+               __lat_target_failed(td);
+}
+
+/*
+ * If latency target is enabled, we might be ramping up or down and not
+ * using the full queue depth available.
+ */
+int queue_full(struct thread_data *td)
+{
+       const int qempty = io_u_qempty(&td->io_u_freelist);
+
+       if (qempty)
+               return 1;
+       if (!td->o.latency_target)
+               return 0;
+
+       return td->cur_depth >= td->latency_qd;
+}
 
 struct io_u *__get_io_u(struct thread_data *td)
 {
-       struct io_u *io_u = NULL;
+       struct io_u *io_u;
 
        td_io_u_lock(td);
 
 again:
-       if (!flist_empty(&td->io_u_requeues))
-               io_u = flist_entry(td->io_u_requeues.next, struct io_u, list);
+       if (!io_u_rempty(&td->io_u_requeues))
+               io_u = io_u_rpop(&td->io_u_requeues);
        else if (!queue_full(td)) {
-               io_u = flist_entry(td->io_u_freelist.next, struct io_u, list);
+               io_u = io_u_qpop(&td->io_u_freelist);
 
+               io_u->file = NULL;
                io_u->buflen = 0;
                io_u->resid = 0;
-               io_u->file = NULL;
                io_u->end_io = NULL;
        }
 
@@ -1131,10 +1321,9 @@ again:
 
                io_u->error = 0;
                io_u->acct_ddir = -1;
-               flist_del(&io_u->list);
-               flist_add_tail(&io_u->list, &td->io_u_busylist);
                td->cur_depth++;
                io_u->flags |= IO_U_F_IN_CUR_DEPTH;
+               io_u->ipo = NULL;
        } else if (td->o.verify_async) {
                /*
                 * We ran out, wait for async verify threads to finish and
@@ -1249,6 +1438,7 @@ struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
        struct fio_file *f;
        struct io_u *io_u;
        int do_scramble = 0;
+       long ret = 0;
 
        io_u = __get_io_u(td);
        if (!io_u) {
@@ -1274,11 +1464,17 @@ struct io_u *get_io_u(struct thread_data *td)
                if (read_iolog_get(td, io_u))
                        goto err_put;
        } else if (set_io_u_file(td, io_u)) {
+               ret = -EBUSY;
                dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
                goto err_put;
        }
 
        f = io_u->file;
+       if (!f) {
+               dprint(FD_IO, "io_u %p, setting file failed\n", io_u);
+               goto err_put;
+       }
+
        assert(fio_file_open(f));
 
        if (ddir_rw(io_u->ddir)) {
@@ -1327,7 +1523,7 @@ out:
 err_put:
        dprint(FD_IO, "get_io_u failed\n");
        put_io_u(td, io_u);
-       return NULL;
+       return ERR_PTR(ret);
 }
 
 void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
@@ -1353,13 +1549,19 @@ void io_u_log_error(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
                td_verror(td, io_u->error, "io_u error");
 }
 
+static inline int gtod_reduce(struct thread_data *td)
+{
+       return td->o.disable_clat && td->o.disable_lat && td->o.disable_slat
+               && td->o.disable_bw;
+}
+
 static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
                                  struct io_completion_data *icd,
                                  const enum fio_ddir idx, unsigned int bytes)
 {
        unsigned long lusec = 0;
 
-       if (!td->o.disable_clat || !td->o.disable_bw)
+       if (!gtod_reduce(td))
                lusec = utime_since(&io_u->issue_time, &icd->time);
 
        if (!td->o.disable_lat) {
@@ -1375,11 +1577,11 @@ static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
                                icd->error = ops->io_u_lat(td, tusec);
                }
 
-               if (td->o.max_latency && tusec > td->o.max_latency) {
-                       if (!td->error)
-                               log_err("fio: latency of %lu usec exceeds specified max (%u usec)\n", tusec, td->o.max_latency);
-                       td_verror(td, ETIMEDOUT, "max latency exceeded");
-                       icd->error = ETIMEDOUT;
+               if (td->o.max_latency && tusec > td->o.max_latency)
+                       lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.max_latency);
+               if (td->o.latency_target && tusec > td->o.latency_target) {
+                       if (lat_target_failed(td))
+                               lat_fatal(td, icd, tusec, td->o.latency_target);
                }
        }
 
@@ -1391,7 +1593,11 @@ static void account_io_completion(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
        if (!td->o.disable_bw)
                add_bw_sample(td, idx, bytes, &icd->time);
 
-       add_iops_sample(td, idx, &icd->time);
+       if (!gtod_reduce(td))
+               add_iops_sample(td, idx, bytes, &icd->time);
+
+       if (td->o.number_ios && !--td->o.number_ios)
+               td->done = 1;
 }
 
 static long long usec_for_io(struct thread_data *td, enum fio_ddir ddir)
@@ -1415,6 +1621,15 @@ static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
        td_io_u_lock(td);
        assert(io_u->flags & IO_U_F_FLIGHT);
        io_u->flags &= ~(IO_U_F_FLIGHT | IO_U_F_BUSY_OK);
+
+       /*
+        * Mark IO ok to verify
+        */
+       if (io_u->ipo) {
+               io_u->ipo->flags &= ~IP_F_IN_FLIGHT;
+               write_barrier();
+       }
+
        td_io_u_unlock(td);
 
        if (ddir_sync(io_u->ddir)) {
@@ -1470,12 +1685,6 @@ static void io_completed(struct thread_data *td, struct io_u *io_u,
                                         utime_since_now(&td->start));
                }
 
-               if (td_write(td) && idx == DDIR_WRITE &&
-                   td->o.do_verify &&
-                   td->o.verify != VERIFY_NONE &&
-                   !td->o.experimental_verify)
-                       log_io_piece(td, io_u);
-
                icd->bytes_done[idx] += bytes;
 
                if (io_u->end_io) {
@@ -1506,7 +1715,8 @@ static void init_icd(struct thread_data *td, struct io_completion_data *icd,
                     int nr)
 {
        int ddir;
-       if (!td->o.disable_clat || !td->o.disable_bw)
+
+       if (!gtod_reduce(td))
                fio_gettime(&icd->time, NULL);
 
        icd->nr = nr;
@@ -1617,7 +1827,9 @@ void io_u_queued(struct thread_data *td, struct io_u *io_u)
 void fill_io_buffer(struct thread_data *td, void *buf, unsigned int min_write,
                    unsigned int max_bs)
 {
-       if (!td->o.zero_buffers) {
+       if (td->o.buffer_pattern_bytes)
+               fill_buffer_pattern(td, buf, max_bs);
+       else if (!td->o.zero_buffers) {
                unsigned int perc = td->o.compress_percentage;
 
                if (perc) {